Фуллерены

Вопросы на экзамен

1. Классификация и характеристика природных энергоносителей.

Классификация ПЭН:

1) материалы с высоким содержание углерода: графиты, алмазы, коксы, нефтяные и каменноугольные пеки;

2) твердые горючие ископаемые (ТГИ): торф, уголь, горючие сланцы и др;

3) природный газ;

4) нефть.

Характеристика ПЭН:

Вещества, которые могут быть использованы в хозяйственной деятельности для получения энергии, выделяющейся при их сжигании, называются топливом. Оказывается огромное влияние на характеристики видов топлива путем того или иного вида обработки. Наличие различных видов нефтепродуктов свидетельствует о прогрессии в создании продуктов для конкретных потребностей: легких спиртов – для химической чистки одежды, бензина – для приведения в движение автомобилей, тяжелых видов топлива – для паровых котлов и смазочных масел – для смазки подшипников. Кроме того, существуют альтернативные виды топлива (биогаз, биомасса, водо-угольное топливо и другие), использование которых сокращает или заменяет потребление традиционных топлив. Все энергоносители должны быть точно определены в соответствии с принятыми в международном масштабе стандартами.

2) Аллотропные модификации углерода. Гибридизация атома углерода, структура и свойства. Какие из них представляют технологический интерес и почему?

Строение атома углерода:

Аллотропные модификации углерода:

Аллотропия – способность атомов одного и того же элемента существовать в виде нескольких простых веществ.

Аллотропные модификации углерода:

1. Алмаз sp³ – гибридизация

2. Графит

3. Фуллерены sp² – гибридизация

4. Карбин sp – гибридизация

Различие физических и химических свойств этих свойств обусловлено различием связей между атомами углерода в этих соединениях

Алмаз

Атомы углерода находятся в sp³-гибридном состоянии, они связаны друг с другом тетраэдрическими связями. Главные отличительные черты алмаза — высочайшая твердость среди минералов, наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел.

Графит

Атомы углерода находятся в sp²-гибридном состоянии, они образуют слои, связанные между собой силами Ван-дер-Ваальса.

Фуллерены

Атомы углерода находятся в sp²-гибридном состоянии, они образуют шарообразные молекулы различного размера (С₂₄, С₂₈, С₃₂, С₃₆, С₅₀, С₆₀, С₇₀).

Карбин

Атомы углерода находятся в sp-гибридном состоянии, они расположены линейно в виде цепочек.

Технологический интерес представляют все виды аллотропии, так как они все применяются в разных сферах производства.

3.Химические свойства углерода. Образование карбидов и слоистых соединений. Реакции с газами.

Химические свойства углерода:

1. Реакции с образованием слоистых соединений

2. Образование карбидов (Al₄C₃, Ca₂C, SiC, B₄C₃, с жидким металлом, модификация углеграфитовых материалов)

3. С газами (хемосорбция, катализатор, стравливание дефектов)

1. Образование слоистых соединений:

Слоистые соединения образуются за счет внедрения атомов и молекул в межслоевое пространство. Атомы реагента могут быть связаны с атомами углерода ковалентными, координационными или ионными связями. В зависимости от типа связи слоистое соединение может сохранять электропроводность исходного графита или терять е е.

А) Непроводящие слоистые соединения с sp3-гибридными связями

Плоские слои изгибаются, π -электронное облако исчезает, электропроводность теряется

Получают при обработке графита смесью HNO₃ и H₂SO₄, дымящей H₂SO₄ или др. сильными окислителями

С_n ^{окис-ль} С_nO_mH_x (оксид графита)

Получают при обработке графита прямым воздействием газообразного F₂:

С_n + 1/2F₂ (СF)_n (фторид графита)

Б) Электропроводящие слоистые соединения с sp2-гибридными связями

2) Образование карбидов:

Карбиды – это соединения, связанные с элементами меньшей или примерно равной электроотрицательности.

Карбиды образуются при контакте графита с жидким металлом.

Реакции получения карбидов:

Al+C --à Al4C3

Ca+C -à CaC2

СаО + 3С à СаС2 + СО